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汽轮机课程设计指导书汽轮机热力特性计算与改造方案设计（实验班试用教材）汽轮机课程设计姓名： 学号： 班级： 学校： 目 录一、课程设计的目的与要求1-48二、设计题目及已知条件82.1 机组概况122.2 本次设计与改造要求12三、设计过程133.1 汽轮机的热力核算的任务133.2 热力核算的几种方法133.3 本课程设计的基本思想方法参考如下2133.4 上述计算过程需要注意17四、绘制汽轮机通流部分图17五、绘制各级的速度三角形图17六、绘制各级热力过程线及整机的热力过程线17七、设计总结17八、参考文献24九、编后语一、课程设计的目的与要求【1,4】通过本课程设计加深、巩固汽轮机原理中所学的理论知识，了解汽轮机热力设计的一般步骤，掌握每级焓降以及有关参数的选取，熟练各项损失和速度三角形的计算，通过课程设计以期达到对汽轮机的结构进一步了解，明确主要零部件的作用与位置。具体要求就是按照某机组存在的问题，根据实际情况，制定改造方案，通过理论与设计计算，解决该汽轮机本体存在的问题，达到汽轮机安全、经济运行的目的。二、设计题目及已知条件12MW机组低负荷下通流部分的改造工况一：主蒸汽压力：4.3Mpa主蒸汽温度：435总进汽流量：55th排汽压力：0.95Mpa工况二：主蒸汽压力：4.2Mpa主蒸汽温度：435总进汽流量：40th排汽压力：0.85Mpa转速：3000.00rpm三、设计过程（一）机组设计工况的校核（二）机组原改造工况的核算（三）本次改造的详细热力计算及改造方案的制定四、绘制汽轮机通流部分图五、绘制速度三角形图六、绘制每级热力过程线及整机热力过程线七、设计总结八、机组原始资料九、参考文献1 沈士一, 庄贺庆, 康松, 庞立云. 汽轮机原理 M. 北京: 中国电力出版社. 1992.2 李维特, 黄保海. 汽轮机变工况热力计算 M. 北京: 中国电力出版社. 2001.3 冯慧雯. 汽轮机课程设计参考资料 M. 北京: 水利电力出版社. 1992.4 王乃宁, 张志刚. 汽轮机热力设计 M. 北京: 水利电力出版社. 1987.5 付林, 江亿. 双列调节级变工况热力计算方法及应用 J. 热能动力工程, 1999, 6:473-476.7 汽轮机课程设计一、课程设计的目的与要求1-4通过设计加深巩固汽轮机原理中所学的理论知识，了解汽轮机热力设计的一般步骤，掌握每级焓降以及有关参数的选取，熟练各项损失和速度三角形的计算，通过课程设计以期达到对汽轮机的结构进一步了解，明确主要零部件的作用与位置。具体要求就是按照给定的条件，提出改造方案，力求对汽轮机本体的改动较少，使汽轮机能够安全、经济的运行二、设计题目及已知条件内容：12MW背压机组小流量工况下通流部分改造方案的制定机组型式：B12-5010型背压式汽轮机配汽方式：喷嘴配汽调节级选型：复数级设计工况下的参数见图2.1 机组概况该机组是武汉汽轮机厂生产的B12-5010型背压式汽轮机（1）机组额定参数主蒸汽压力：4.9Mpa主蒸汽温度：435总进汽流量：150t/h排汽压力0.98Mpa额定功率12MW额定转速 3000rpm（2）原机组改造技术参数与要求由于实际供热负荷的改变，曾对该机组进行过通流部分改造（即为了适应小流量运行工况封堵了部分喷嘴），该机组改造前为次高压背压机组，改造后为抽背机组，原机组改造方案与技术参数要均依据汽轮机厂家说明书参数确定。主蒸汽压力：4.9Mpa主蒸汽温度：435总进汽流量：55t/h复速级后压力2.2Mpa复速级后温度355抽汽流量：1012t/h排汽压力0.98Mpa排汽温度 300额定功率3000KW额定汽耗16.87kg/kwh汽轮机内效率63.6%以上数据为机组改造时的技术参数要求。但实际运行时抽汽并没有投用。机组初参数达不到要求参数，新蒸汽压力为4.2Mpa4.3Mpa，终参数（背压）在设计值高限运行（0.951.0Mpa表），机组各种损失较大，相对内效率很低。复速级后经常超温，有时级后可高达395（原厂家要求最高不超过350），机组背压排汽温度达到350（原机组额定流量下为300），由于该机组转子为套装转子，复速级超温对机组安全运行带来严重的隐患，且机组出力不足2000KW.h。2.2 本次设计与改造要求根据目前运行状态，冬季流量为55t/h,夏季流量一般为 40t/h，从运行安全经济性出发，需要对该机组再次进行改造，以解决复速级后超温问题，同时提高机组的效率。（1）改造后机组形式：背压机组，运行方式仍采用以热定电方式运行。（2）机组初蒸汽参数：工况一：初温435 ，初压4.2Mpa，背压0.95Mpa，额定流量 55t/h；工况二：初温435 ，初压4.3Mpa，背压0.85Mpa，额定流量 40t/h。（3）改造后，解决调节级后超温问题。（4）改造后相对内效率应得到提高，机组出力（电功率）相应增加。（5）上次改造没有在隔板上加装护罩以减少鼓风。这次改造是否考虑？实际的可操作性如何？请根据以上要求和机组存在的问题，进行理论分析并提出你认为的最佳改造方案，要求改造后机组能够安全运行，出力有所增加。（计算时可不考虑冲角损失和极限膨胀损失；轴封系统及门杆漏汽按5t/h左右考虑）三、设计过程3.1 汽轮机的热力核算的任务 汽轮机是按照经济功率设计的，即根据给定的设计要求如功率、蒸汽初参数、转速以及汽轮机所承担的任务等，确定机组的汽耗量、级数、通流部分的结构尺寸、蒸汽参数在各级的分布以及效率、功率等。汽轮机在设计条件下运行称为设计工况。 由于要适应电网的调峰以及机组实际运行过程中运行参数的偏差等原因，汽轮机不可能始终保持在设计条件下，即负荷的变化不可避免的，蒸汽初终参数偏离设计值，通流部分的结垢、腐蚀甚至损坏，回热加热器停用等在实际运行中也时有发生等等。汽轮机在偏离设计条件下的工作，称为汽轮机的变工况。3.2 热力核算的几种方法汽轮机整机的热力计算是建立在单级计算的基础上的，因此研究单级的热力核算对于保证顺利完成整机核算任务有重要的意义。目前，在变工况计算中，根据不同的给定原始条件，单级的详细热力计算可分为：顺序计算和倒序计算两种基本算法，此外还有将倒序和顺序结合起来的混合算法。对调节级的热力核算还有特性曲线算法。顺序算法以给定的级前状态为起点，由前向后计算；倒序算法则以级后状态为起点，由后向前计算。混合算法中，每级都包括先是倒序后是顺序的若干次混合计算。只有当倒序和顺序计算结果相符合时，级的核算才可以结束，然后逐级向前推进。这三种方法都建立在喷嘴和动叶出口截面连续方程和单级工作原理的基础上，并且计算时，级的流量和几何尺寸是已知的。3.3 本课程设计的基本思想方法参考如下23.3.1双列调节级的热力核算方法倒序算法调节级后蒸汽热力状态对其后面的流通部分的热力过程影响很大，故而调节级变工况计算对于整个汽轮机热力工况计算非常重要。以下给出双列调节级热力计算算法。为简单起见，仅研究喷嘴调节的配汽方式，并忽略调节中重叠度的影响。单列级的热力计算往往采用由级后到级前的逆序计算，然后再进行顺序校核计算的迭代算法。对于双列级，如果仍然整级采用这种逆、顺序算法，则在初次逆序计算时假设参数较多，如各项有关损失、动叶入口速度和导叶入口速度等，将它们放在同一层迭代，由于彼此之间相互耦合，使得迭代次数较多，影响了计算速度。为此，本设计可以采用将双列级从结构上分为两组的算法：第一组由转向导叶和第二列动叶构成，第二组由喷嘴和第一列动叶构成；首先对单个组进行热力计算，然后对级整体做进一步计算，这样，将多个假设量分割开而分别进行迭代计算，使迭代次数降低，从而提高了计算速度。同时，仅须已知该级的有关几何特性及级前蒸汽参数和级后压力便可进行热力计算。单组的热力计算采取迭代法，每轮计算分逆序计算和顺序计算两步。倒序计算目的是在已知蒸汽流量、通流部分结构和组后蒸汽状态的前提下，喷嘴(导叶)和动叶出口截面连续流动方程为基础确定组的各处蒸汽状态，具体思路与方法提供如下参考：1.1双列调节级级倒序计算的程序图1-22-5 图1-1 级的热力过程线程序图1-2，计算从3点开始已知3点状态，估计各项损失（摩擦鼓风损失、叶高损失、漏汽损失和余速损失等）计算点2的状态参数，并求得和 ？否是 否 计算动叶所有参数，用迭代法对有关的估计值进行校核，得到喷嘴出口状态点1， 初次计算为估计值计算动叶所有参数，用迭代法对有关的估计值进行校核，得到喷嘴出口状态点1， 初次计算为估计值。 根据1点状态参数求得， ？ 是 否 计算喷嘴所有参数，用迭代法对有关的估计值进行校核计算喷嘴所有参数，用迭代法对有关的估计值进行校核 估计级的进口动能，得到喷嘴前的状态点B，用迭代法校核其余估计值；计算级内其他损失，比焓降，效率，功率， RETUNE END 采用顺序计算，即由级前的状态为起点，向级后计算，并以级后状态点作为下一级的级前状态，继续计算下一级，以此类推，由前往后，逐级进行且超临界不能使用顺序算法。图1-3 级的热力过程线亚临界流动时调节级迭代顺序算法的程序框图1-4如下：已知级前参数.滞止参数及级流量，计算喷嘴临界流量：并且 在大于的范围内任设，计算喷嘴的得到出口状态点1，计算通过喷嘴流量， 否 是大于范围内重设建立动叶进口速度三角形，进一步确定动叶的进口状态，计算动叶临界流量 并且 在大于的范围内任设，计算动叶的得到出口状态点2，算出通过动叶的流量 否 是建立动叶出口速度三角形，进一步计算级的各种损失，级的特性，内功率等，确定级后状态及下一级的级前状态在大于范围内重设 结 束3.3.2 压力级的倒序计算和顺序计算参考程序图1-5和1-6略。3.4 上述计算过程需要注意（1）对双列级的核算要按照双列调节级的变工况计算方法进行核算。（2）蒸汽在汽轮机内的膨胀是按照叶栅面积比膨胀的。（3）增加调节级整级理想焓降可以降低调节级的级后温度。（4）通过对各个工况下的计算，分析出调节级后超温原因，提出自己的认为合适的解决方案。四、绘制汽轮机通流部分图五、绘制各级的速度三角形图六、绘制各级热力过程线及整机的热力过程线七、设计总结通过计算后，数据汇总如下：双列调节级计算数据汇总表序号项 目符 号单 位工 况额定流量工 况03年改造工 况工况一工况二1流量151.75555402漏气3喷嘴流量4级前压力5级前比容6喷嘴前后压力7喷嘴前后比容8喷嘴后压力9喷嘴后比容10喷嘴出口面积11喷嘴比焓降12喷嘴损失13喷嘴出口速度14喷嘴出口角正弦15动叶前流速16动叶进气角17冲角18动叶有效进口角19撞击损失20动叶前比体积21动叶多变指数22动叶前滞止压力23动叶出口压力24动叶理想比焓降25动叶滞止比焓降26动叶出口速度27动叶出口比体积28动叶的流量29动叶损失30动叶出口角正弦31蒸汽出口角32动叶出口绝对速度33导叶流量34导叶进口比容35导叶后压力36导叶后比体积37导叶焓降38导叶损失39导叶前滞止焓降40导叶出口速度系数41导叶出口速度42导叶出口正弦43动叶前速度44动叶进气角45冲角46动叶有效进口速度47撞击损失48动叶前比容49动叶前滞止压力50动叶后压力51动叶比焓降52动叶滞止比焓降53动叶出口速度54动叶出口比容55动叶流量56级比焓降57第一列动叶反动度58导叶反动度59第二列动叶反动度60余速损失61轮周比焓降62轮周功63叶高损失64摩擦损失65部分进汽损失66级有效比焓降67机内损失68机内效率69功率第一压力级热力计算数据表序 号项 目符 号单 位工 况额定流量工 况03年改造工 况工况一工况二1流量151.75555402漏气55553喷嘴流量4喷嘴前压力5喷嘴前比容6喷嘴后压力7喷嘴后比容8喷嘴出口面积9喷嘴比焓降10喷嘴损失11喷嘴出口速度12喷嘴出口角正弦13动叶前流速14动叶进气角15冲角16动叶有效进口角17撞击损失18动叶前比体积19动叶前滞止压力20动叶出口压力21动叶理想比焓降22动叶滞止比焓降23动叶出口速度24动叶出口比体积25动叶的流量26动叶损失27动叶出口角正弦28蒸汽出口角29动叶出口绝对速度30级比焓降31反动度32余速损失33轮周比焓降34轮周功35叶高损失36摩擦损失37部分进汽损失38级有效比焓降39机内损失40机内效率41本级功率第二压力级热力计算数据表序 号项 目符 号单 位工 况额定流量工况03年改造工况工况一工况二1流量151.75555402漏气55553喷嘴流量4喷嘴前压力5喷嘴前比容6喷嘴后压力7喷嘴后比容8喷嘴出口面积9喷嘴比焓降10喷嘴损失11喷嘴出口速度12喷嘴出口角正弦13动叶前流速14动叶进气角15冲角16动叶有效进口角17撞击损失18动叶前比体积19动叶前滞止压力20动叶出口压力21动叶理想比焓降22动叶滞止比焓降23动叶出口速度24动叶出口比体积25动叶的流量26动叶损失27动叶出口角正弦28蒸汽出口角29动叶出口绝对速度30级比焓降31反动度32余速损失33轮周比焓降34轮周功35叶高损失36摩擦损失37部分进汽损失38级有效比焓降39机内损失40机内效率41本级功率第三压力级热力计算数据表序 号项 目符 号单 位工 况额定流量工况03年改造工况工况一工况二1流量151.75555402漏气55553喷嘴流量4喷嘴前压力5喷嘴前比容6喷嘴后压力7喷嘴后比容8喷嘴出口面积9喷嘴比焓降10喷嘴损失11喷嘴出口速度12喷嘴出口角正弦13动叶前流速14动叶进气角15冲角16动叶有效进口角17撞击损失18动叶前比体积19动叶前滞止压力20动叶出口压力21动叶理想比焓降22动叶滞止比焓降23动叶出口速度24动叶出口比体积25动叶的流量26动叶损失27动叶出口角正弦28蒸汽出口角29动叶出口绝对速度30级比焓降31反动度32余速损失33轮周比焓降34轮周功35叶高损失36摩擦损失37部分进汽损失38级有效比焓降39机内损失40机内效率41本级功率八、参考文献：1 沈士一, 庄贺庆, 康松, 庞立云. 汽轮机原理 M. 北京: 中国电力出版社. 1992.2 李维特, 黄保海. 汽轮机变工况热力计算 M. 北京: 中国电力出版社. 2001.3 冯慧雯. 汽轮机课程设计参考资料 M. 北京: 水利电力出版社. 1992.4 王乃宁, 张志刚. 汽轮机热力设计 M. 北京: 水利电力出版社. 1987.5 付林, 江亿. 双列调节级变工况热力计算方法及应用 J. 热能动力工程, 1999, 6:473-476.附：机组原始资料一、B12-5010型背压式汽轮机原始资料1.基本参数：项目正常参数工作转速额定功率背压背压变化范围 数据4.94353000120000.98071.2748-0.78452.热力特性：项目 单 位工 况汽轮机内效率电机效率机械损失背压进汽量汽耗计算值保证值设计工况74.63972500.9807151.712.3412.796高背压工况74.37972501.274117214.114.622低背压工况73.93972500.78453136.611.02511.4333.配汽数据：项目喷嘴进汽度喷嘴出口面积喷嘴数阀径阀数10.07240.072417.317.3071750220.10350.175924.7242.72101760230.10350.279424.7266.74102760240.05180.331212.3679.1053260150.05180.383012.3691.465376014.各级温度、压力及功率：级别CZ34设计工况级后温度343314291266背压1.98961.56491.233450.9807内功率6970210719741932高背压工况级后温度352325298269背压2.32581.86251.53731.2748内功率6650222019451957低背压工况级后温度339301275248背压1.70161.31310.98550.78453内功率70181997186219965.各接管口径及流速：项 目主汽管排汽管接管内径接管面积0.05970.2666设计工况流量 41.66741比容 0.0630.245流速 43.96337.678变工况 2.97514.167 46.81753.1386.通流部分热力过程线（设计工况）：7.通流部分尺寸及动静叶片：级别C23412喷嘴节径1150106610751082高度27.235型线TC-2ATP-3A25TC-1A(1)弦长51.4635.9957.95数目37(138)90节距37.40026.18037.21037.57537.769相对节距0.7270.7270.7760.7830.788安装角0.2430.4290.19800.19970.2018动叶节径11501